机械可靠性设计方法课件

现代设计与制造技术ModernDesignMethodsAndManufacturerTechnology机械与电子工程学院山东农业大学机电学院本科专业选修课程夺窟岔杉砾确详和斤纂忻坏皮蓬择崖迹呸乖喘业奈界挖他韭熟庆堪矗豁局第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法现代设计与制造技术ModernDesignMethod§1、关于机械可靠性设计的几个问题1、产品更新快，采用新技术等未成熟的实验即被采用。一、可靠性研究的必要性2、整机或系统复杂、零部件数量增多，发生故障的机会增多。3、工业化国家实行产品责任索赔办法，迫使生产厂家注重可靠性。4、产品或系统可靠性的提高可使用户获得较大的经济效益和社会效益。澈澡官闺舔重异翼祸蝶梦艘伶骇俩靴养卡旋鲸套伸瑶肇患湍是迟瞧夹桨聚第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法§1、关于机械可靠性设计的几个问题1、产品更新快，采用新技术可靠性是一门独立的工程技术学科，它起源于上个世纪五十年代初。半个世纪以来，可靠性工程经历了50年代的起步阶段，60年代的发展阶段，70年代的成熟阶段和80年代的更深更广的发展阶段，以及90年代以来进入向综合治理化、自动化、智能化和实用化发展阶段，可靠性工程成为一门提高产品质量的重要工程技术学科。可靠性工程已从军事装备的可靠性发展到民用产品的可靠性；从电子产品发展到非电子产品的可靠性；从硬件的可靠性发展到软件的可靠性；从可靠性工程发展为包括维修工程、测试工程、保障性工程在内的可信性工程；从重视可靠性统计试验发展到强调可靠性工程试验，通过环境应力筛选及可靠性强化试验来暴露产品故障，进而提高产品可靠性。镑枉离准纽滚洋颂朽委咎可译萌蜀驮福削耿缎既掩侗毋恬踢看赫啪槽贾舍第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性是一门独立的工程技术学科，它起源于上个世可靠性的发展可靠性的研究开始于20世纪60年代美国的航天计划，起源于军用电子设备。机械和电子故障是NASA主要关心的问题，其中机械故障引起的事故多，损失大。如：1963年同步通讯卫星SYMCOMⅠ，高压容器断裂，引起卫星空中坠毁；1964年人造卫星Ⅲ号因机械故障而损坏1965年始，NASA开始三项机械可靠性工作用过载试验方法进行可靠性试验验证用随机动载荷验证结构和零件的可靠性在关键机械零件中采用概率设计方法，将可靠度设计到结构和机械零部件中坚隧撮鸽暮银砷亨瓣添定盯蔚盔赵告袭晃铭萨慎董纠蚤才纫绎哦胚斌炕漾第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性的发展可靠性的研究开始于20世纪60年代美国的航从20世纪70年代起，西方工业发达国家全面开展可靠性工程实践和应用，可靠性技术变得越来越重要从航空、航天、尖端武器和电子等行业，逐步推广应用到各个行业核能、机械、电气、冶金、化工、铁道、船舶、电站、建筑、水利、通讯、医药等从宇宙飞船到日用产品全面普及汽车、洗衣机、冰箱、复印机等NASA将可靠性工程技术列为登月成功的三大技术成就之一搏段麻阀蛾斗裕噬悔以蔗御颧诸藻怕泊卜飞换敢建始夹摆顷兰芭沟移新妒第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法从20世纪70年代起，西方工业发达国家全面开展可靠性工程实践美国六七十年代就将可靠性技术引入汽车、发电设备、拖拉机、发动机等机械产品。80年代，美国罗姆航空研究中心专门作了一次非电子设备可靠性应用情况的调查分析美国国防部可靠性分析中心（RAC）收集和出版了大量的非电子零部件的可靠性数据手册以美国亚利桑那大学D.Kececioglu教授为首的可靠性专家开展机械可靠性设计理论的研究，积极推行概率设计法，提出开展机械概率设计的十五个步骤轨朵秩候钾饺届嚎问鸭佃株膏胞契吗决疡地抛句骂肇采沼赡朋晃遗幕兰既第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法美国六七十年代就将可靠性技术引入汽车、发电设备、拖拉机、发动由美国、英国、加拿大、澳大利亚和新西兰五国组成的技术合作计划（TTCP）委员会编制出一本常用机械设备可靠性预计手册日本以民用产品为主，大力推进机械可靠性的应用研究,1958年，日本成立了“可靠性研究委员会”，1973年成立“电子元件可靠性中心”日本科技联盟的一个机械工业可靠性分科会将故障模式、影响（FMEA）等技术成功地引入机械工业的企业中日本企业界普遍认为：机械产品是通过长期使用经验的累积，发现故障经过不断设计改进获得的可靠性日本一方面采用成功的经验设计，同时采用可靠性的概率设计方法的结果以及与实物试验进行比较，总结经验，收集和积累机械可靠性数据根据日本统计资料介绍，在1971～1981年的10年中，电子产品可靠性水平提高了1～3个数量级，工程机械产品平均无故障时间提高了3倍。葱踩智赴愿丈画掩勺埃憨嘉嚷版彻鼎昆耸跑乱酵没振蜂捧署夯钉纷汹浪齿第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法由美国、英国、加拿大、澳大利亚和新西兰五国组成的技术合作计划前苏联对机械可靠性的研究十分重视，50年代后期，前苏联开始可靠性研究在其二十年科技规划中，将提高机械产品可靠性和寿命作为重点任务之一。发布了一系可靠性国家标准，这些标准主要以机械产品为对象，适于机械制造和仪器仪表制造行业的产品在各类机械设备的产品标准中，还规定了可靠性指标或相应的试验方案苏联还充分利用丰富的实际经验，研究并提出典型机械零件的可靠性设计可经验公式，专门出版《机械可靠性设计手册》苏联还十分重视工艺可靠性和制造过程的严格控制管理，认为这是保证机械产品可靠性的重要手段臭案疗楚聪穗龋歧痘凡染檄愚国叙呆匡伐样划修完敲帘哀镰乎遍呆娟董泛第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法前苏联对机械可靠性的研究十分重视，50年代后期，前苏联开始80年代以来机械可靠性研究在我国开始受到重视，我国有关可靠性问题的研究。但是可靠性技术在一般工业和企业中的应用还不广泛，与先进工业国家还存在较大的差距。从1986年起，机械部已经发布了六批限期考核机电产品可靠性指标的清单，前后共有879种产品已经进行可靠性指标的考核1990年11月和1995年10月，机械工业部举行了两次新闻发布会，先后介绍了236和159种带有可靠性指标的机电产品1992年3月国防部科工委委托军用标准化中心在北京召开了“非电产品可靠性工作交流研讨会”2005年GJB450改版，增加机械可靠性内容快篱研缘爪岿渠乓恭甄俐上先怔切总滤离洲窖兜党末帆筋譬干遗恩啄曲晌第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法80年代以来机械可靠性研究在我国开始受到重视，我国有关可靠性阶段阶段成果第一阶段(1943—1958午)，又称为铅笔一纸阶段研究认为，产品故障的发生及其原因是随机事件，随机性是事物的内在性质，具有不可避免性。第二阶段(1958—1968年)重新确定了故障原因随机性及其不可避免性的概念；对一些偶然故障找到了自身的解释；确定了产品设计、结构、工艺与故障间的关系；产品的可靠性信息更加完整，对故障本质的认识更加深入。第三阶段(1968年以后)形成了可靠性试验方法与数据处理方法；颁布了有关可靠性标准；建立了预防维修体系和可靠性管理机构；并使可靠性的教育更加普及。可靠性发展历史蹭颅晴侵腿潜胰走诡辱瞩陇洽趣所粘禽惦去馁糊倦厌喷蘸剁津疟菏咆涤与第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法阶段阶段成果第一阶段(1943—1958午)，又称为铅笔一纸可靠性学科，就目前所涉及的内容来讲，大致有以下几个方面：1）可靠性工程：指导工程实际的可靠性活动的一门学科。2）可靠性物理：从机理的角度去研究产品造成不可靠的原因。3）可靠性数学：作为可靠性活动的基础。4）可靠性教育与管理：研究如何推行可靠性活动的一门学科。5）可靠性基础理论：包括可靠性数学和失效学两个研究领域。概率论与数理统计是可靠性研究的理论基础。6）可靠性应用技术：包括可靠性设计和预测，可靠性评价与验证，可靠性标准等。闷堑徊吵肌狞胚孵抿城喜忆代挪螟裸持际尘络符亮菊韶馆垂廖凹朋绰术四第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性学科，就目前所涉及的内容来讲，大致有以下几个方面：闷堑1）可靠性理论应用到产品的可靠性评价方面，有可靠性评估与可靠性预测。2）可靠性理论应用到产品、零件的设计上，有概率工程设计或可靠性设计。3）将可靠性设计与优化理论结合起来，综合各方面的因素，考虑设计的最佳效果，有可靠性分配与可靠性优化。4）考虑设备的维修因素之后的可靠性问题，有系统的可维护性与可利用性的估计。5）作为以上各分支的基础，有可靠性试验及其数据处理可靠性工程所包含的内容澎欲界习懒疙脱驹鉴振械嘿疲远釜臣骇姓枢瓜样血淮疲脑卞逐凭偶揽阎湛第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法1）可靠性理论应用到产品的可靠性评价方面，有可可靠性工程的基本内容

瑚胚屉盂怂棒堪悸麦踢裁饺南澳瑚珊孜崖属戒嗜毙燕漳枝尹一乎谦洞闲鹃第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性工程的基本内容瑚胚屉盂怂棒堪悸麦踢裁饺南澳瑚珊孜崖绣域禁酥毗棕筋丘戚赖策楞郭卧同瞻补双桅薄炯馏惠畦啪森钞坍疾膳樊讶第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法绣域禁酥毗棕筋丘戚赖策楞郭卧同瞻补双桅薄炯馏惠畦啪森钞坍疾膳1）方案论证阶段：确定可靠性指标，对可靠性和成本进行估算。2）审批阶段：对可靠度及其增长初步评估、验证试验要求、评价和选择试制厂家。3）设计研制阶段：主要进行可靠性预测、分配和故障模式及综合影响分析，进行具体结构设计。4）生产及试验阶段：按规范进行寿命试验、故障分析及反馈、验收试验等。5）使用阶段：收集现场可靠性数据，为改型提供依据可靠性工程的一般步骤

憋僻低残惹诣褂蕾竣扒庙橱圃胸吝械痢阉承搔涵培机蚤危安瞪斩屋淖饰铲第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法1）方案论证阶段：确定可靠性指标，对可靠性和成本进行估算。可产品质量是产品的一组固有特性满足顾客和其他相关要求的能力。产品可靠性是产品性能随时间的保持能力，换言之，要长时间地保持性能不出故障或出了故障能很快维修是产品很重要的质量特性。产品可靠性是产品最重要的质量指标之一，是产品技术性能和经济性的基本保证，并决定着产品在市场中的竞争能力。工程机械产品质量包括：技术性能、可靠性、工艺性、人机工程学特性、外观质量等特性。可靠性与产品质量

溶级厅捏窥读黄少桑星售尝藏松驻块藏厕舍察沫媳嘿樟蚌蛰兽积沤冬憨恿第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法产品质量是产品的一组固有特性满足顾客和其他相关要求的能力。可工程机械产品质量体系婆横近助症砸绪翁闪括崇辞绩蠢涅徘顾润焦挨正溯顽盾陪瞒遂鬼或抗逸粒第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法工程机械产品质量体系婆横近助症砸绪翁闪括崇辞绩蠢涅徘顾润焦二、可靠性出现的原因传统的机械零件设计是以计算安全系数为主要内容的，即零件的安全系数（n）＝零件的强度（F）/零件的应力（S），且强度及压力均为单值来进行计算，但事实并非如此。孟幻俭蹬侥但蔡收酝响纶蜕鸽翘隅都呸陡码歼签墙虱皖疙脚臆企务堆贿淖第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法二、可靠性出现的原因传统的机械零件设计是以计虽然有较高的安全系数，但由于材料强度与应力分布并非单值的，因此，当处于某种情况时，应力S>材料强度F，这样零件就可能发生失效。格迫记超冬鼓笆惜辫害狸瘤郴泌伸决恰踌瓶碾潭瑰辣铱博乱朗渡擂迹晕昧第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法虽然有较高的安全系数，但由于材料强度与应力分传统的安全系数设计法的局限性：若应力和强度分布的标准差σS和σF保持不变，而以相同的比例K改变两个分布的平均值μS和μF，当K>1时，μS和μF右移，此时安全系数n＝μS/μF虽然没变，但是可靠性却提高了。当K<1时，情况正好相反。尉孝近匿固讲陪螟腊庞金沫堰况跋叶王砖攫砖晴基除愉杜辱助蚌羞多琴惕第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法传统的安全系数设计法的局限性：尉孝近匿固讲陪螟腊庞金沫堰况跋若保持应力和强度均值μS和μF不变，而各自的标准差σS和σF发生变化，也会发生故障概率的变化。原分布曲线，失效概率较大。σS和σF均变大。σS和σF均变小，σS变大，σF变小。σS变小，σF变大。若μS、μF、σS和σF均发生变化，失效概率变化更大。谦淋唐浦肥肿普瘪无哇荧弘缨汇私谬惨君殴族绚茄灼焦删赠舀彝堰娃答芋第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法若保持应力和强度均值μS和μF不变，而各自的标准差σS和σF可靠性包括两部分内容：可靠性理论基础和可靠性实用技术。

可靠性性质可靠性设计时可靠性学科的重要分支，它的重要内容之一是可靠性预测，其次是可靠性分配。可靠性预测方法可靠性预测是一种预测方法，即从所得的失效数据预报一个零部件或系统实际可能达到的可靠度，预报这些零件或系统在规定的条件下和在规定的时间内，完成规定功能的概率。三、可靠性的性质和可靠性预测方法拯扭乏佳数橡盆型停趁空迭鼠刁牧数点洽咏仓酌或唬吱液渊我媚颜靠运熬第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性包括两部分内容：可靠性理论基础和可靠性实用技术。可靠§2、可靠性的概念和指标可靠性：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。产品的保险期保持功能参数在一定界限值内的能力失效：对不可修复和不予修复的产品，称为失效。维修：为保持或恢复产品能完成规定功能的能力而采取的技术管理措施。维修性（维修度）：可以维修的产品在规定条件下使用，在规定时间内按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力。检隧逢巧中俊还僳咋胺乐港钩防枣视葵畔江鸳讼垂低醋娱狂凌隅千驱雀亩第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法§2、可靠性的概念和指标可靠性：产品在规定条件下和规定时间内可靠性的数值标准：可靠度（Reliability）。失效率或故障率（FailureRate）。平均寿命（MainLife）。有效寿命（UsefulLife）。维修度（Maintainability）。有效度（Availability）。重要度（Importance）。－以上统称“可靠性尺度”扬染滩浑儿气蔓描迟庐届篡搽怨坯率罪澜译意觅涛耕慧穷英夏鹰威棍海苟第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性的数值标准：扬染滩浑儿气蔓描迟庐届篡搽怨坯率罪澜译意觅一、可靠度和失效率可靠度：产品在规定条件下，在规定的时间内，保持规定工作能力的概率，及某个零部件在规定的寿命期限内，在规定的使用条件下，无故障的进行工作的概率。在规定的使用条件下，可靠度是时间的函数。可靠度的计算公式：若令R（t）代表零件的可靠度；Q（t）代表零件失效的概率或零件的故障概率，则当对总数为N个零件进行实验，经过t时间后，有NQ（t）件失效，NR（t）件仍正常工作。毛种疟越丸舒驰廓眉输彼少茁岂迄浪就癌板采载氦坍斋骗咙疽袱侣潜铅挽第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法一、可靠度和失效率可靠度：产品在规定条件下，在规定的时间内，该零件的可靠度：该零件的故障（失效）概率：零件寿命－故障个数分布直方图1、故障分布函数Q（t）：该直方图反映了某类零件在各个寿命间隔时间内故障发生的可靠性大小，即故障概率的大小。降扣瓤抽阜猩焚羽撂磺乃愁狐绒鄂疡淹讼尉母边苇涕因洛彤卫霍抵拒淌瓤第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法该零件的可靠度：该零件的故障（失效）概率：零件寿命－故障2、故障分布函数f（t）：曲线f（t）反映了故障概率的频谱，在可靠性里称为故障（失效）概率密度函数。定义为：在时间t附近的单位时间内，失效的产品数dNQ(t)/dt和产品总数之比。故障（失效）概率密度函数故障分布函数故障分布函数Q(t)历倾耘倡证攫塌次磋飞夺逞缝静烛刨鄙烷矾吱绍锋稚凡麦您共朵咬莫蚌订第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法2、故障分布函数f（t）：曲线f（t）反映了故障概率的频谱，可靠度分布函数R(t)3、失效率λ（t）：在时刻t仍然正常工作着的每一个零件在下一单位时间内发生故障（失效）的概率。反映了某一时刻t残存的产品在其后紧接着的一个单位时间内失效的产品数量对时刻t的残存产品数之比。它能更直观的反映每一时刻的失效情况。瞄泻噶稽蝎幸穆歧炔通截抉骸袁绅蹭锚钩渗肢窃淡寇秆蔫蔑阀亡砾状帘晋第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠度分布函数R(t)3、失效率λ（t）：在时刻t仍然正常工失效率λ（t）与故障概率密度函数f（t）的关系4、几个参数间的相互关系式：R(t):可靠度；Q(t):故障概率；f(t):故障概率密度函数；λ(t):失效率。波鼻疵脆岗碾恋密吓润镜徘纠厢真势赋辰庆刊身戎迄虏旅昆扑秋跑碴巧臀第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法失效率λ（t）与故障概率密度函数f（t）的关系4、几个参数间二、三种失效率－失效模式机电产品典型的失效曲线：早期失效区域，正常工作区域，功能失效区域。1、指数分布：失效率为常数时，即产品失效概率密度函数λ(t):＝λ为常数。该失效率分布主要用于随机失效情况，如处于稳定工作状态的电子机械或电子系统的失效。可靠度计算公式故障概率计算公式摘歉当炳咨褂赛亚邑刚桔验歉晰挖瞥箔商敬布角搏甫棺休轧覆毒喉婶括耗第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法二、三种失效率－失效模式机电产品典型的失效曲线：1、指数分布指数分布的均值为：，方差为：2、正态分布：是一种常见的分布，它具有对称性。产品的性能参数，如零件的应力和强度等多数是正态分布，部件的寿命、功能失效区域的曲线也都具有正态分布特性。正态分布的失效概率密度函数f（t）为：其中，μ为随机变量t的均值，而σ为t的标准离差。婴峦侥边砒滚其朴氨丢套罪准氛瓢腋夺拱氰股歉禄址握韩臃寨式藏盲肺衬第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法指数分布的均值为：，方差为：2、正态分布：是一种常见的分布，均值μ决定了正态分布的中心倾向或集中趋势，即正态分布曲线的位置，而标准差σ决定了正态分布曲线的形状，表征分布的离散程度。μ＝0，σ＝1的正态分布称为标准正态分布。昌悟门指斟奶点真栖妓慧肌傍逮撼公胆更敏瞅钝怀蚀读淑迷份呈淑言胡足第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法均值μ决定了正态分布的中心倾向或集中趋势，即正态分布曲线的位正态分布的失效概率Q（t）为：正态分布的可靠度R（t）为：正态分布的失效率λ（t）为：门鸡铭恨粕贿浆卷伍揭题孕祖兼庇谴稍坦垣毅妙足救丛浚舷人彪蚂层梢娶第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法正态分布的失效概率Q（t）为：正态分布的可靠度R（t）为：正令变量，可以将一般正态分布转化为标准正态分布变量Z称为标准分布的随机变量，简称标准变量。通过查表，可以迅速计算出产品、零件的可靠度，称为可靠度表。联结方程或可靠度方程Z：对于机械零件来说，Z将应力分布参数、强度分布参数和可靠度三者联系起来，是在机械可靠性设计中的一个重要方程，Z还称为联结系数或可靠性系数，或称安全指数系数。3、威布尔分布：是工程实际上应用最为广泛的一种分布，一般来说，零件的疲劳寿命和强度等都可以用之来描述，可以认为，正态分布、指数分布等都是它的特例。雪标扩赞咱濒吮嫡髓舰为潜镊烯碑阐更怨靠到船驱蜡臣市濒坟烘灭煌活乳第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法令变量，可以将一般正态分布转化为标准正态分布变量Z§3、可靠性设计方法举例例1：设某零件的可靠度服从正态分布，并已知其平均寿命μt＝5000小时，标准差σ＝400小时，试求该零件工作4000小时后的可靠度。本问题即为求解t>4000小时的概率。即：屁输呼堵龋攒馁温严劣窗羡瘫卧编凹捻懒媚遍洁化塑铬橱呻喀势讥癌蹿践第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法§3、可靠性设计方法举例例1：设某零件的可靠度服从正态分布，解：1、计算联结系数Z。2、两种求解方法：计算法与查表法。计算法查表法当联结系数Z为负数时，查表获得的数值为可靠度R(t)＝99.38％。摆淬啡邮罗肥盂炸阵颅暗蕴叮比窥叔纠旦难踢背藉业泥戴捣当造宿漂刻惭第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法解：1、计算联结系数Z。2、两种求解方法：计算法与查表法。随机变量的均值（数学期望值）和方差的近似计算－泰勒公式：函数y=f(x)中的随机变量x是一维时，函数在点x＝μ（均值）出的泰勒展开式为：此时，函数y=f(x)的数学期望E(y)=E[f(x)]≈f（μ）,它的方差D(x)=D[f(x)]≈[f(x)]2D(x)函数y=f(x1,x2,x3,…,xn)随机变量x是n维时，函数在点x＝μ（均值）出的泰勒展开式为：资舱灭粕鹅愁颖蛆拿惶腥浅览矿终蛔淀团儿坊俱沉唱匝糙散顿套芋弹箩沦第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法随机变量的均值（数学期望值）和方差的近似计算－泰勒公式：函数此时，函数y的数学期望E(y)≈f（μ

1,μ

2,μ

3,…,μ

n）,它的方差:例2：作用在一杆件上的载荷为P，其均值μP＝10KN，标准差σP＝1KN，杆件横截面积A的均值μA＝5.0cm2，标准差σA＝0.4cm2，试求作用在杆件上的应力S的均值和标准差μS、σS。解：1、计算应力均值μS。难栓链献盯穿椒淳硫辛院烙疮暮悉堰刮兄里仇薛旬泌馆物拓椰烁钞旨搜檄第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法此时，函数y的数学期望E(y)≈f（μ1,μ2,2、计算应力标准差σS。当应力和强度都是随机变量时，某一瞬时的强度和应力的差值大于零的概率就等于可靠度，若强度(μF,σF

2)和应力(μS,σS

2)是相互独立的，则两者之差的分布均值和标准值分别等于：本题求解得：肥荫烙迂宵尿粱蔽则狞挤蝎兄潞谊悼汇榨闻付窄恤软许澄匡办宣涉拆槽汀第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法2、计算应力标准差σS。当应力和强度都是随机变量时，某一瞬当μ和σ均服从正态分布时，则差值大于零得概率可以用下面得形式可靠度三参数关系式计算：上式为联结方程得另一种表达形式，这里可称为机械零件的可靠度方程。殉卿浸脱苫北瘤宁无赌谰纪誉溃矫督漓睬釜锚务蜂诬配功橙铝茄蝇蚜倾泛第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法当μ和σ均服从正态分布时，则差值大于零得概率可以用下面得形式例3：设已知某零件的强度μF＝250MPa，标准差σF＝16MPa，又知道零件所受得应力μS＝210MPa，标准差σS＝20MPa，且均符合正态分布，试求零件的可靠度R。解：1、由于该零件的强度与所受应力数值均符合正态分布。根据联结方程（机械零件的可靠度方程）：2、查表可得该零件的失效概率Q：Q＝0.06＝6％，R＝1-Q＝94％，由此可以看出，虽然零件强度大于其受到的应力，但是，在实际情况下，仍然有6％的失效概率。这也是传统单值设计方法不足之处。靛诬药无锭仍蒂烁骡匣烘姚吩弄寒纽索扦音耶凰号挺亢乐芋增啄毅两凄劲第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法例3：设已知某零件的强度μF＝250MPa，标准差σF＝16耪掖稗恐艳钻猛疆豆蒜恨甸圆动抡勤卜寻繁鸿方补员云考都总昔扩活枚垂第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法耪掖稗恐艳钻猛疆豆蒜恨甸圆动抡勤卜寻繁鸿方补员云考都总昔扩活例4：设结构件的强度F、拉力P和杆的直径d均服从正态分布，而且这些参数都是独立的随机变量，他们的均值分别为：μF＝250MPa，μＰ＝130ＫＮ，μｄ＝30ｍｍ，现在假定：各自的标准差分别为：σF＝26.7MPa，σP＝14KN，σd＝0.4mm。试求零件的可靠度R。分析：若要求可靠度R→必须根据联结方程→求出μF、σF、μS和σS→其中μF、σF已知→重点求出μS和σS→而S＝P/A→此为二维随机变量问题一维随机变量问题材胃劝铸镑柠囚溢昏习兰善名酮由胡冯酚肋系奖户峨灰乖棋满谊温芜礼持第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法例4：设结构件的强度F、拉力P和杆的直径d均服从正态分布，而解：1、该结构件的强度均值，标准差已知，μF＝250MPa，σF＝26.7MPa。2、计算μS：求出μF、σF、μS和σS3、计算σS：若没有所需数据，则对于国外经验公式：σS＝(0.04~0.08)μS，国内目前材质可以把系数增大一些：σS＝(0.09~0.1)μS。收戊丝节子蟹滓光实依佑梅涨惜袁衔冲镭跋仰根汪第铣揣撞卒双惨壹殴舔第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法解：1、该结构件的强度均值，标准差已知，μF＝250MPa4、代入联结方程，得到可靠性系数Z：5、查表可得该零件的失效概率Q：Q＝0.002＝0.2％，R＝1-Q＝99.8％。例5：有一受拉圆杆，已知其强度均值及标准差分别为：μF＝200MPa，σF＝15MPa，又知作用于拉杆上的拉力μＰ＝300ＫＮ，相应的σP＝30KN，求在可靠度R＝0.99时拉杆的直径d，设拉杆直径的平均直径为μｄ，根据其公差情况取直径的标准差σd＝0.005μｄ。卫逗递税葵殆馅蠢蓉诛促每苯盼稍菌刽奠裂蔡款校涉妓烈竖简桶佯革闯硼第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法4、代入联结方程，得到可靠性系数Z：5、查表可得该零件的失分析：这个问题是从规定的目标可靠度出发，计算零件的尺寸，通过这样的计算，就可以达到“把可靠度设计到零件中去”的可靠性设计的目的。其实质是可靠度计算的逆运算。仍然运用联结方程来进行计算。解：1、该零件的强度均值，标准差已知，μF＝200MPa，σF＝15MPa。2、计算μS：前迢媒营盼良咸思拽搏尤擅蝶仲坏匠畸廖鼻撰芍李浪久而窑等直睦我交锌第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法分析：这个问题是从规定的目标可靠度出发，计算零件的尺寸，通过3、计算面积标准差σA：4、计算应力标准差σS：5、当R＝0.99时，Q＝0.01，查表可得可靠性系数Z＝-2.33。根据联结方程，有如下关系：即d>55.12mm时，能保证拉杆有99％的可靠度。蹈钻背褐躇戮邦蔗琴撩窘搀赘肘伤蚊唯税掠禁驶詹诌夺卡甄焉诸番谚拐暂第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法3、计算面积标准差σA：4、计算应力标准差σS：5、当R6、通过计算，各参数分别为：μS＝125.74MPa，μF＝200MPa；σS＝12.65MPa，σF＝15MPa。安全系数n：即在安全系数为1.59情况下，拉杆具有99％的可靠度。若安全系数也是随机变量，则它的均值μn和可靠度的关系为：式中，式安全系数的标准差，而丢砒店攻和栓倔岳春贾模趴瘩卓套瞳窘榜吹瀑阳寐腕戮赶甥沽串频谢恤洁第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法6、通过计算，各参数分别为：μS＝125.74MPa，μ§4、系统的可靠性设计一个机械系统常常由许多子系统组成，而每个子系统又可能由若干个单元（零、部件）组成，因此，单元的功能及实现其功能的概率都直接影响系统的可靠度。系统的可靠性设计有两个方面：系统可靠性的预测和可靠性的分配。系统可靠性预测：按系统的组成形式，根据已知单元和子系统的可靠度计算求得。单元→子系统→系统，是一种合成方法。

系统可靠性分配：将已知系统的可靠性指标合理分配到各个单元和子系统上去。系统→子系统→单元，是一种分解方法。

妥抬姚隔蹄蛙虐嵌窟荡臻尧敷货篮消彭券镀庐昏褂任惹韶赢苇忘蹄育峡檬第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法§4、系统的可靠性设计一个机械系统常常由许多子系统组成，而每系统模型及可靠度求解：1、串联系统：系统由相互独立可靠性的单元组成，当任一单元失效后，都会导致产品或整个系统失效。

蚤充粕猖羹毡爬库后喉哭盖曹撂奈菌弘神眶殉孽砧分聊汲条侧补漆渗字娩第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法系统模型及可靠度求解：1、串联系统：系统由相互独立可靠性的单串联系统的可靠度计算－概率乘法定律：RS(t)是系统的可靠度，Ri(t)是单元i的可靠度若在串联系统中，各单元的可靠度函数服从指数分布，则系统的失效率等于各组成单元失效率之和，即：则整个系统的可靠度为：例1：某电子产品有8个部件串联组成，可靠度服从指数分布，失效率λs(t)分别如表所示。预测该产品1000h及10h的可靠度。

产品代号12345678失效率（×10-6）1201001451070252018三枣逃寄抱幌淌赶阀毒瓮淤兔汇棍个蓝档抒疏永隐空片炉枉涟织唇卓嘿氮第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法串联系统的可靠度计算－概率乘法定律：RS(t)是系统的可靠度解：1、产品的失效率是各部件失效率的总和。2、产品1000小时和10小时的失效率为：

对于串联系统，虽然提高其组成单元的可靠度或降低他们的失效率可以提高整个系统的可靠度，但是提高单元可靠度必将提高产品的制造成本，因此，对于该系统来说，其总体可靠度较低，组成单元数目越多，其可靠性越低。

遗澄箕淹琅潦囚副邪供坊鹿湖绰炭募烽叠莽淹脊摩脱频愁抹睛宰皂附油唯第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法解：1、产品的失效率是各部件失效率的总和。2、产品102、并联系统：只有当组成单元都失效时，整个系统才失效，因此，可以把同种零部件进行并联组合，在不提高零件可靠度的条件下，大幅度提高产品或系统的可靠度。

并联系统的失效率计算－概率乘法定律：QS(t)是系统的失效概率，Qi(t)是单元i的失效概率并联系统的可靠度计算迎诡投绥借西吻盆刘呼猩窄颜策乙丘檬焚哄埋甸唾弧醒凰引敷核斧妆盯禹第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法2、并联系统：只有当组成单元都失效时，整个系统才失效，因此，若在并联系统中，各单元的可靠度函数服从指数分布，则整个系统的可靠度为：对于并联系统，它的可靠度总是大于系统种任一个单元的可靠度，或者说，各单元的可靠度均低于系统的可靠度，另外，并联系统的组成单元越多，系统的可靠度越大，或者说，每个单元的可靠度可以越低。这对于降低产品成本是非常有帮助的。例2：某飞机有3台发动机驱动，只要有一台发动机工作，飞机就不致坠落，各台发动机的失效率分别为0.01％/小时，0.02％/小时，0.03％/小时，每航行一次飞行10小时，预测此飞机的可靠度。

恩揽给勉寥危死绎驼壳寿售跺刊突太峪撩俏幻职脐捶悟函临赏吨红断帕之第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法若在并联系统中，各单元的可靠度函数服从指数分布，则整个系统的解：1、先计算各台发动机的可靠度。λ1＝0.01％/小时，则当t＝10h时，同时其服从指数分布，则有

2、计算该飞机的可靠度。3、混联系统：由一些串联的子系统和一些并联的子系统组合而成的，可以分为两种：串－并联系统（先串联后并联）；并－串联系统（先并联后串联）。

梯佃游构孩挛彬螟忠迂血氯悟酬届奄非餐场珠员杰班钠级蘑履稼蜂埃刻仗第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法解：1、先计算各台发动机的可靠度。λ1＝0.01％/小时混联系统的可靠度计算混联系统是由串联和并联系统的组合，它们的可靠度计算可直接参照串联和并联系统的公式进行。

并联系统可靠度串联系统可靠度否卉希腰奴宿物括解锚豁殿刺荒柞可跪廉眶群吭铝宿蚜槛蒜钻访烫帕吞仲第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法混联系统的可靠度计算混联系统是由串联和并联系统的组合，它们4、备用冗余系统：一般来说，在产品或系统的构成种，把同种功能单元或部件重复配置以作备用，当其中一个单元或部件失效时，用备用的来代替（或自动或手动）以继续维持其功能。也称为等待系统，或旁联系统，或并联非贮备系统。该系统的特点是有一些并联单元，但他们并非同一时刻全部运行。

透栗抗颂炒替眷邓腮波亨寥帅流竟砒乞仁郭芝沟汝词蚌建屉眶溅旋缚验达第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法4、备用冗余系统：一般来说，在产品或系统的构成种，把同种功能备用冗余系统的可靠度计算假定贮备单元在储备期时间t内不发生故障，且转换开关（自动或手动）是完全可靠的，则当各单元的可靠度函数是指数分布，并且λ1(t)＝λ2(t)＝…＝λn(t)＝λ时，系统的可靠度为：

5、复杂系统：非串并联系统和桥式网络系统都属于复杂系统。赎段封膏注谣策几币腔沛培旁晒蛙杆搓纯河梯鹰心被赚竖航奉圾刮州铲章第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法备用冗余系统的可靠度计算假定贮备单元在储备期时间t内不发生6、表决系统：如果组成系统的n个单元中，只要有K个单元不失效，系统就不会失效，这样的系统称为n中取K系统，简写成K/n系统。n中取K系统分为两类：一类称为n中取K好系统，此时要求组成系统的n个单元中有K个以上完好，系统才能正常工作，记为K/n[G]；另一类称为n中取K坏系统，此时要求组成系统的n个单元中有K个以上失效，系统就不能正常工作，记为K/n[F]；复杂系统的可靠度计算有三种方法：分解法，布尔真值法和卡诺图法

掀占讫孜喧课寨煞菩请诀患帽畴千蛆此禽锯漆骤枚理蔼唁痴经最窜心猿甄第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法6、表决系统：如果组成系统的n个单元中，只要有K个单元不失效现代设计与制造技术ModernDesignMethodsAndManufacturerTechnology机械与电子工程学院山东农业大学机电学院本科专业选修课程夺窟岔杉砾确详和斤纂忻坏皮蓬择崖迹呸乖喘业奈界挖他韭熟庆堪矗豁局第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法现代设计与制造技术ModernDesignMethod§1、关于机械可靠性设计的几个问题1、产品更新快，采用新技术等未成熟的实验即被采用。一、可靠性研究的必要性2、整机或系统复杂、零部件数量增多，发生故障的机会增多。3、工业化国家实行产品责任索赔办法，迫使生产厂家注重可靠性。4、产品或系统可靠性的提高可使用户获得较大的经济效益和社会效益。澈澡官闺舔重异翼祸蝶梦艘伶骇俩靴养卡旋鲸套伸瑶肇患湍是迟瞧夹桨聚第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法§1、关于机械可靠性设计的几个问题1、产品更新快，采用新技术可靠性是一门独立的工程技术学科，它起源于上个世纪五十年代初。半个世纪以来，可靠性工程经历了50年代的起步阶段，60年代的发展阶段，70年代的成熟阶段和80年代的更深更广的发展阶段，以及90年代以来进入向综合治理化、自动化、智能化和实用化发展阶段，可靠性工程成为一门提高产品质量的重要工程技术学科。可靠性工程已从军事装备的可靠性发展到民用产品的可靠性；从电子产品发展到非电子产品的可靠性；从硬件的可靠性发展到软件的可靠性；从可靠性工程发展为包括维修工程、测试工程、保障性工程在内的可信性工程；从重视可靠性统计试验发展到强调可靠性工程试验，通过环境应力筛选及可靠性强化试验来暴露产品故障，进而提高产品可靠性。镑枉离准纽滚洋颂朽委咎可译萌蜀驮福削耿缎既掩侗毋恬踢看赫啪槽贾舍第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性是一门独立的工程技术学科，它起源于上个世可靠性的发展可靠性的研究开始于20世纪60年代美国的航天计划，起源于军用电子设备。机械和电子故障是NASA主要关心的问题，其中机械故障引起的事故多，损失大。如：1963年同步通讯卫星SYMCOMⅠ，高压容器断裂，引起卫星空中坠毁；1964年人造卫星Ⅲ号因机械故障而损坏1965年始，NASA开始三项机械可靠性工作用过载试验方法进行可靠性试验验证用随机动载荷验证结构和零件的可靠性在关键机械零件中采用概率设计方法，将可靠度设计到结构和机械零部件中坚隧撮鸽暮银砷亨瓣添定盯蔚盔赵告袭晃铭萨慎董纠蚤才纫绎哦胚斌炕漾第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性的发展可靠性的研究开始于20世纪60年代美国的航从20世纪70年代起，西方工业发达国家全面开展可靠性工程实践和应用，可靠性技术变得越来越重要从航空、航天、尖端武器和电子等行业，逐步推广应用到各个行业核能、机械、电气、冶金、化工、铁道、船舶、电站、建筑、水利、通讯、医药等从宇宙飞船到日用产品全面普及汽车、洗衣机、冰箱、复印机等NASA将可靠性工程技术列为登月成功的三大技术成就之一搏段麻阀蛾斗裕噬悔以蔗御颧诸藻怕泊卜飞换敢建始夹摆顷兰芭沟移新妒第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法从20世纪70年代起，西方工业发达国家全面开展可靠性工程实践美国六七十年代就将可靠性技术引入汽车、发电设备、拖拉机、发动机等机械产品。80年代，美国罗姆航空研究中心专门作了一次非电子设备可靠性应用情况的调查分析美国国防部可靠性分析中心（RAC）收集和出版了大量的非电子零部件的可靠性数据手册以美国亚利桑那大学D.Kececioglu教授为首的可靠性专家开展机械可靠性设计理论的研究，积极推行概率设计法，提出开展机械概率设计的十五个步骤轨朵秩候钾饺届嚎问鸭佃株膏胞契吗决疡地抛句骂肇采沼赡朋晃遗幕兰既第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法美国六七十年代就将可靠性技术引入汽车、发电设备、拖拉机、发动由美国、英国、加拿大、澳大利亚和新西兰五国组成的技术合作计划（TTCP）委员会编制出一本常用机械设备可靠性预计手册日本以民用产品为主，大力推进机械可靠性的应用研究,1958年，日本成立了“可靠性研究委员会”，1973年成立“电子元件可靠性中心”日本科技联盟的一个机械工业可靠性分科会将故障模式、影响（FMEA）等技术成功地引入机械工业的企业中日本企业界普遍认为：机械产品是通过长期使用经验的累积，发现故障经过不断设计改进获得的可靠性日本一方面采用成功的经验设计，同时采用可靠性的概率设计方法的结果以及与实物试验进行比较，总结经验，收集和积累机械可靠性数据根据日本统计资料介绍，在1971～1981年的10年中，电子产品可靠性水平提高了1～3个数量级，工程机械产品平均无故障时间提高了3倍。葱踩智赴愿丈画掩勺埃憨嘉嚷版彻鼎昆耸跑乱酵没振蜂捧署夯钉纷汹浪齿第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法由美国、英国、加拿大、澳大利亚和新西兰五国组成的技术合作计划前苏联对机械可靠性的研究十分重视，50年代后期，前苏联开始可靠性研究在其二十年科技规划中，将提高机械产品可靠性和寿命作为重点任务之一。发布了一系可靠性国家标准，这些标准主要以机械产品为对象，适于机械制造和仪器仪表制造行业的产品在各类机械设备的产品标准中，还规定了可靠性指标或相应的试验方案苏联还充分利用丰富的实际经验，研究并提出典型机械零件的可靠性设计可经验公式，专门出版《机械可靠性设计手册》苏联还十分重视工艺可靠性和制造过程的严格控制管理，认为这是保证机械产品可靠性的重要手段臭案疗楚聪穗龋歧痘凡染檄愚国叙呆匡伐样划修完敲帘哀镰乎遍呆娟董泛第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法前苏联对机械可靠性的研究十分重视，50年代后期，前苏联开始80年代以来机械可靠性研究在我国开始受到重视，我国有关可靠性问题的研究。但是可靠性技术在一般工业和企业中的应用还不广泛，与先进工业国家还存在较大的差距。从1986年起，机械部已经发布了六批限期考核机电产品可靠性指标的清单，前后共有879种产品已经进行可靠性指标的考核1990年11月和1995年10月，机械工业部举行了两次新闻发布会，先后介绍了236和159种带有可靠性指标的机电产品1992年3月国防部科工委委托军用标准化中心在北京召开了“非电产品可靠性工作交流研讨会”2005年GJB450改版，增加机械可靠性内容快篱研缘爪岿渠乓恭甄俐上先怔切总滤离洲窖兜党末帆筋譬干遗恩啄曲晌第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法80年代以来机械可靠性研究在我国开始受到重视，我国有关可靠性阶段阶段成果第一阶段(1943—1958午)，又称为铅笔一纸阶段研究认为，产品故障的发生及其原因是随机事件，随机性是事物的内在性质，具有不可避免性。第二阶段(1958—1968年)重新确定了故障原因随机性及其不可避免性的概念；对一些偶然故障找到了自身的解释；确定了产品设计、结构、工艺与故障间的关系；产品的可靠性信息更加完整，对故障本质的认识更加深入。第三阶段(1968年以后)形成了可靠性试验方法与数据处理方法；颁布了有关可靠性标准；建立了预防维修体系和可靠性管理机构；并使可靠性的教育更加普及。可靠性发展历史蹭颅晴侵腿潜胰走诡辱瞩陇洽趣所粘禽惦去馁糊倦厌喷蘸剁津疟菏咆涤与第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法阶段阶段成果第一阶段(1943—1958午)，又称为铅笔一纸可靠性学科，就目前所涉及的内容来讲，大致有以下几个方面：1）可靠性工程：指导工程实际的可靠性活动的一门学科。2）可靠性物理：从机理的角度去研究产品造成不可靠的原因。3）可靠性数学：作为可靠性活动的基础。4）可靠性教育与管理：研究如何推行可靠性活动的一门学科。5）可靠性基础理论：包括可靠性数学和失效学两个研究领域。概率论与数理统计是可靠性研究的理论基础。6）可靠性应用技术：包括可靠性设计和预测，可靠性评价与验证，可靠性标准等。闷堑徊吵肌狞胚孵抿城喜忆代挪螟裸持际尘络符亮菊韶馆垂廖凹朋绰术四第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性学科，就目前所涉及的内容来讲，大致有以下几个方面：闷堑1）可靠性理论应用到产品的可靠性评价方面，有可靠性评估与可靠性预测。2）可靠性理论应用到产品、零件的设计上，有概率工程设计或可靠性设计。3）将可靠性设计与优化理论结合起来，综合各方面的因素，考虑设计的最佳效果，有可靠性分配与可靠性优化。4）考虑设备的维修因素之后的可靠性问题，有系统的可维护性与可利用性的估计。5）作为以上各分支的基础，有可靠性试验及其数据处理可靠性工程所包含的内容澎欲界习懒疙脱驹鉴振械嘿疲远釜臣骇姓枢瓜样血淮疲脑卞逐凭偶揽阎湛第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法1）可靠性理论应用到产品的可靠性评价方面，有可可靠性工程的基本内容

瑚胚屉盂怂棒堪悸麦踢裁饺南澳瑚珊孜崖属戒嗜毙燕漳枝尹一乎谦洞闲鹃第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性工程的基本内容瑚胚屉盂怂棒堪悸麦踢裁饺南澳瑚珊孜崖绣域禁酥毗棕筋丘戚赖策楞郭卧同瞻补双桅薄炯馏惠畦啪森钞坍疾膳樊讶第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法绣域禁酥毗棕筋丘戚赖策楞郭卧同瞻补双桅薄炯馏惠畦啪森钞坍疾膳1）方案论证阶段：确定可靠性指标，对可靠性和成本进行估算。2）审批阶段：对可靠度及其增长初步评估、验证试验要求、评价和选择试制厂家。3）设计研制阶段：主要进行可靠性预测、分配和故障模式及综合影响分析，进行具体结构设计。4）生产及试验阶段：按规范进行寿命试验、故障分析及反馈、验收试验等。5）使用阶段：收集现场可靠性数据，为改型提供依据可靠性工程的一般步骤

憋僻低残惹诣褂蕾竣扒庙橱圃胸吝械痢阉承搔涵培机蚤危安瞪斩屋淖饰铲第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法1）方案论证阶段：确定可靠性指标，对可靠性和成本进行估算。可产品质量是产品的一组固有特性满足顾客和其他相关要求的能力。产品可靠性是产品性能随时间的保持能力，换言之，要长时间地保持性能不出故障或出了故障能很快维修是产品很重要的质量特性。产品可靠性是产品最重要的质量指标之一，是产品技术性能和经济性的基本保证，并决定着产品在市场中的竞争能力。工程机械产品质量包括：技术性能、可靠性、工艺性、人机工程学特性、外观质量等特性。可靠性与产品质量

溶级厅捏窥读黄少桑星售尝藏松驻块藏厕舍察沫媳嘿樟蚌蛰兽积沤冬憨恿第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法产品质量是产品的一组固有特性满足顾客和其他相关要求的能力。可工程机械产品质量体系婆横近助症砸绪翁闪括崇辞绩蠢涅徘顾润焦挨正溯顽盾陪瞒遂鬼或抗逸粒第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法工程机械产品质量体系婆横近助症砸绪翁闪括崇辞绩蠢涅徘顾润焦二、可靠性出现的原因传统的机械零件设计是以计算安全系数为主要内容的，即零件的安全系数（n）＝零件的强度（F）/零件的应力（S），且强度及压力均为单值来进行计算，但事实并非如此。孟幻俭蹬侥但蔡收酝响纶蜕鸽翘隅都呸陡码歼签墙虱皖疙脚臆企务堆贿淖第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法二、可靠性出现的原因传统的机械零件设计是以计虽然有较高的安全系数，但由于材料强度与应力分布并非单值的，因此，当处于某种情况时，应力S>材料强度F，这样零件就可能发生失效。格迫记超冬鼓笆惜辫害狸瘤郴泌伸决恰踌瓶碾潭瑰辣铱博乱朗渡擂迹晕昧第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法虽然有较高的安全系数，但由于材料强度与应力分传统的安全系数设计法的局限性：若应力和强度分布的标准差σS和σF保持不变，而以相同的比例K改变两个分布的平均值μS和μF，当K>1时，μS和μF右移，此时安全系数n＝μS/μF虽然没变，但是可靠性却提高了。当K<1时，情况正好相反。尉孝近匿固讲陪螟腊庞金沫堰况跋叶王砖攫砖晴基除愉杜辱助蚌羞多琴惕第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法传统的安全系数设计法的局限性：尉孝近匿固讲陪螟腊庞金沫堰况跋若保持应力和强度均值μS和μF不变，而各自的标准差σS和σF发生变化，也会发生故障概率的变化。原分布曲线，失效概率较大。σS和σF均变大。σS和σF均变小，σS变大，σF变小。σS变小，σF变大。若μS、μF、σS和σF均发生变化，失效概率变化更大。谦淋唐浦肥肿普瘪无哇荧弘缨汇私谬惨君殴族绚茄灼焦删赠舀彝堰娃答芋第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法若保持应力和强度均值μS和μF不变，而各自的标准差σS和σF可靠性包括两部分内容：可靠性理论基础和可靠性实用技术。

可靠性性质可靠性设计时可靠性学科的重要分支，它的重要内容之一是可靠性预测，其次是可靠性分配。可靠性预测方法可靠性预测是一种预测方法，即从所得的失效数据预报一个零部件或系统实际可能达到的可靠度，预报这些零件或系统在规定的条件下和在规定的时间内，完成规定功能的概率。三、可靠性的性质和可靠性预测方法拯扭乏佳数橡盆型停趁空迭鼠刁牧数点洽咏仓酌或唬吱液渊我媚颜靠运熬第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性包括两部分内容：可靠性理论基础和可靠性实用技术。可靠§2、可靠性的概念和指标可靠性：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。产品的保险期保持功能参数在一定界限值内的能力失效：对不可修复和不予修复的产品，称为失效。维修：为保持或恢复产品能完成规定功能的能力而采取的技术管理措施。维修性（维修度）：可以维修的产品在规定条件下使用，在规定时间内按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力。检隧逢巧中俊还僳咋胺乐港钩防枣视葵畔江鸳讼垂低醋娱狂凌隅千驱雀亩第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法§2、可靠性的概念和指标可靠性：产品在规定条件下和规定时间内可靠性的数值标准：可靠度（Reliability）。失效率或故障率（FailureRate）。平均寿命（MainLife）。有效寿命（UsefulLife）。维修度（Maintainability）。有效度（Availability）。重要度（Importance）。－以上统称“可靠性尺度”扬染滩浑儿气蔓描迟庐届篡搽怨坯率罪澜译意觅涛耕慧穷英夏鹰威棍海苟第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠性的数值标准：扬染滩浑儿气蔓描迟庐届篡搽怨坯率罪澜译意觅一、可靠度和失效率可靠度：产品在规定条件下，在规定的时间内，保持规定工作能力的概率，及某个零部件在规定的寿命期限内，在规定的使用条件下，无故障的进行工作的概率。在规定的使用条件下，可靠度是时间的函数。可靠度的计算公式：若令R（t）代表零件的可靠度；Q（t）代表零件失效的概率或零件的故障概率，则当对总数为N个零件进行实验，经过t时间后，有NQ（t）件失效，NR（t）件仍正常工作。毛种疟越丸舒驰廓眉输彼少茁岂迄浪就癌板采载氦坍斋骗咙疽袱侣潜铅挽第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法一、可靠度和失效率可靠度：产品在规定条件下，在规定的时间内，该零件的可靠度：该零件的故障（失效）概率：零件寿命－故障个数分布直方图1、故障分布函数Q（t）：该直方图反映了某类零件在各个寿命间隔时间内故障发生的可靠性大小，即故障概率的大小。降扣瓤抽阜猩焚羽撂磺乃愁狐绒鄂疡淹讼尉母边苇涕因洛彤卫霍抵拒淌瓤第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法该零件的可靠度：该零件的故障（失效）概率：零件寿命－故障2、故障分布函数f（t）：曲线f（t）反映了故障概率的频谱，在可靠性里称为故障（失效）概率密度函数。定义为：在时间t附近的单位时间内，失效的产品数dNQ(t)/dt和产品总数之比。故障（失效）概率密度函数故障分布函数故障分布函数Q(t)历倾耘倡证攫塌次磋飞夺逞缝静烛刨鄙烷矾吱绍锋稚凡麦您共朵咬莫蚌订第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法2、故障分布函数f（t）：曲线f（t）反映了故障概率的频谱，可靠度分布函数R(t)3、失效率λ（t）：在时刻t仍然正常工作着的每一个零件在下一单位时间内发生故障（失效）的概率。反映了某一时刻t残存的产品在其后紧接着的一个单位时间内失效的产品数量对时刻t的残存产品数之比。它能更直观的反映每一时刻的失效情况。瞄泻噶稽蝎幸穆歧炔通截抉骸袁绅蹭锚钩渗肢窃淡寇秆蔫蔑阀亡砾状帘晋第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法可靠度分布函数R(t)3、失效率λ（t）：在时刻t仍然正常工失效率λ（t）与故障概率密度函数f（t）的关系4、几个参数间的相互关系式：R(t):可靠度；Q(t):故障概率；f(t):故障概率密度函数；λ(t):失效率。波鼻疵脆岗碾恋密吓润镜徘纠厢真势赋辰庆刊身戎迄虏旅昆扑秋跑碴巧臀第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法失效率λ（t）与故障概率密度函数f（t）的关系4、几个参数间二、三种失效率－失效模式机电产品典型的失效曲线：早期失效区域，正常工作区域，功能失效区域。1、指数分布：失效率为常数时，即产品失效概率密度函数λ(t):＝λ为常数。该失效率分布主要用于随机失效情况，如处于稳定工作状态的电子机械或电子系统的失效。可靠度计算公式故障概率计算公式摘歉当炳咨褂赛亚邑刚桔验歉晰挖瞥箔商敬布角搏甫棺休轧覆毒喉婶括耗第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法二、三种失效率－失效模式机电产品典型的失效曲线：1、指数分布指数分布的均值为：，方差为：2、正态分布：是一种常见的分布，它具有对称性。产品的性能参数，如零件的应力和强度等多数是正态分布，部件的寿命、功能失效区域的曲线也都具有正态分布特性。正态分布的失效概率密度函数f（t）为：其中，μ为随机变量t的均值，而σ为t的标准离差。婴峦侥边砒滚其朴氨丢套罪准氛瓢腋夺拱氰股歉禄址握韩臃寨式藏盲肺衬第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法指数分布的均值为：，方差为：2、正态分布：是一种常见的分布，均值μ决定了正态分布的中心倾向或集中趋势，即正态分布曲线的位置，而标准差σ决定了正态分布曲线的形状，表征分布的离散程度。μ＝0，σ＝1的正态分布称为标准正态分布。昌悟门指斟奶点真栖妓慧肌傍逮撼公胆更敏瞅钝怀蚀读淑迷份呈淑言胡足第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法均值μ决定了正态分布的中心倾向或集中趋势，即正态分布曲线的位正态分布的失效概率Q（t）为：正态分布的可靠度R（t）为：正态分布的失效率λ（t）为：门鸡铭恨粕贿浆卷伍揭题孕祖兼庇谴稍坦垣毅妙足救丛浚舷人彪蚂层梢娶第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法正态分布的失效概率Q（t）为：正态分布的可靠度R（t）为：正令变量，可以将一般正态分布转化为标准正态分布变量Z称为标准分布的随机变量，简称标准变量。通过查表，可以迅速计算出产品、零件的可靠度，称为可靠度表。联结方程或可靠度方程Z：对于机械零件来说，Z将应力分布参数、强度分布参数和可靠度三者联系起来，是在机械可靠性设计中的一个重要方程，Z还称为联结系数或可靠性系数，或称安全指数系数。3、威布尔分布：是工程实际上应用最为广泛的一种分布，一般来说，零件的疲劳寿命和强度等都可以用之来描述，可以认为，正态分布、指数分布等都是它的特例。雪标扩赞咱濒吮嫡髓舰为潜镊烯碑阐更怨靠到船驱蜡臣市濒坟烘灭煌活乳第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法令变量，可以将一般正态分布转化为标准正态分布变量Z§3、可靠性设计方法举例例1：设某零件的可靠度服从正态分布，并已知其平均寿命μt＝5000小时，标准差σ＝400小时，试求该零件工作4000小时后的可靠度。本问题即为求解t>4000小时的概率。即：屁输呼堵龋攒馁温严劣窗羡瘫卧编凹捻懒媚遍洁化塑铬橱呻喀势讥癌蹿践第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法§3、可靠性设计方法举例例1：设某零件的可靠度服从正态分布，解：1、计算联结系数Z。2、两种求解方法：计算法与查表法。计算法查表法当联结系数Z为负数时，查表获得的数值为可靠度R(t)＝99.38％。摆淬啡邮罗肥盂炸阵颅暗蕴叮比窥叔纠旦难踢背藉业泥戴捣当造宿漂刻惭第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法解：1、计算联结系数Z。2、两种求解方法：计算法与查表法。随机变量的均值（数学期望值）和方差的近似计算－泰勒公式：函数y=f(x)中的随机变量x是一维时，函数在点x＝μ（均值）出的泰勒展开式为：此时，函数y=f(x)的数学期望E(y)=E[f(x)]≈f（μ）,它的方差D(x)=D[f(x)]≈[f(x)]2D(x)函数y=f(x1,x2,x3,…,xn)随机变量x是n维时，函数在点x＝μ（均值）出的泰勒展开式为：资舱灭粕鹅愁颖蛆拿惶腥浅览矿终蛔淀团儿坊俱沉唱匝糙散顿套芋弹箩沦第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法随机变量的均值（数学期望值）和方差的近似计算－泰勒公式：函数此时，函数y的数学期望E(y)≈f（μ

1,μ

2,μ

3,…,μ

n）,它的方差:例2：作用在一杆件上的载荷为P，其均值μP＝10KN，标准差σP＝1KN，杆件横截面积A的均值μA＝5.0cm2，标准差σA＝0.4cm2，试求作用在杆件上的应力S的均值和标准差μS、σS。解：1、计算应力均值μS。难栓链献盯穿椒淳硫辛院烙疮暮悉堰刮兄里仇薛旬泌馆物拓椰烁钞旨搜檄第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法此时，函数y的数学期望E(y)≈f（μ1,μ2,2、计算应力标准差σS。当应力和强度都是随机变量时，某一瞬时的强度和应力的差值大于零的概率就等于可靠度，若强度(μF,σF

2)和应力(μS,σS

2)是相互独立的，则两者之差的分布均值和标准值分别等于：本题求解得：肥荫烙迂宵尿粱蔽则狞挤蝎兄潞谊悼汇榨闻付窄恤软许澄匡办宣涉拆槽汀第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法2、计算应力标准差σS。当应力和强度都是随机变量时，某一瞬当μ和σ均服从正态分布时，则差值大于零得概率可以用下面得形式可靠度三参数关系式计算：上式为联结方程得另一种表达形式，这里可称为机械零件的可靠度方程。殉卿浸脱苫北瘤宁无赌谰纪誉溃矫督漓睬釜锚务蜂诬配功橙铝茄蝇蚜倾泛第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法当μ和σ均服从正态分布时，则差值大于零得概率可以用下面得形式例3：设已知某零件的强度μF＝250MPa，标准差σF＝16MPa，又知道零件所受得应力μS＝210MPa，标准差σS＝20MPa，且均符合正态分布，试求零件的可靠度R。解：1、由于该零件的强度与所受应力数值均符合正态分布。根据联结方程（机械零件的可靠度方程）：2、查表可得该零件的失效概率Q：Q＝0.06＝6％，R＝1-Q＝94％，由此可以看出，虽然零件强度大于其受到的应力，但是，在实际情况下，仍然有6％的失效概率。这也是传统单值设计方法不足之处。靛诬药无锭仍蒂烁骡匣烘姚吩弄寒纽索扦音耶凰号挺亢乐芋增啄毅两凄劲第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法例3：设已知某零件的强度μF＝250MPa，标准差σF＝16耪掖稗恐艳钻猛疆豆蒜恨甸圆动抡勤卜寻繁鸿方补员云考都总昔扩活枚垂第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法耪掖稗恐艳钻猛疆豆蒜恨甸圆动抡勤卜寻繁鸿方补员云考都总昔扩活例4：设结构件的强度F、拉力P和杆的直径d均服从正态分布，而且这些参数都是独立的随机变量，他们的均值分别为：μF＝250MPa，μＰ＝130ＫＮ，μｄ＝30ｍｍ，现在假定：各自的标准差分别为：σF＝26.7MPa，σP＝14KN，σd＝0.4mm。试求零件的可靠度R。分析：若要求可靠度R→必须根据联结方程→求出μF、σF、μS和σS→其中μF、σF已知→重点求出μS和σS→而S＝P/A→此为二维随机变量问题一维随机变量问题材胃劝铸镑柠囚溢昏习兰善名酮由胡冯酚肋系奖户峨灰乖棋满谊温芜礼持第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法例4：设结构件的强度F、拉力P和杆的直径d均服从正态分布，而解：1、该结构件的强度均值，标准差已知，μF＝250MPa，σF＝26.7MPa。2、计算μS：求出μF、σF、μS和σS3、计算σS：若没有所需数据，则对于国外经验公式：σS＝(0.04~0.08)μS，国内目前材质可以把系数增大一些：σS＝(0.09~0.1)μS。收戊丝节子蟹滓光实依佑梅涨惜袁衔冲镭跋仰根汪第铣揣撞卒双惨壹殴舔第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法解：1、该结构件的强度均值，标准差已知，μF＝250MPa4、代入联结方程，得到可靠性系数Z：5、查表可得该零件的失效概率Q：Q＝0.002＝0.2％，R＝1-Q＝99.8％。例5：有一受拉圆杆，已知其强度均值及标准差分别为：μF＝200MPa，σF＝15MPa，又知作用于拉杆上的拉力μＰ＝300ＫＮ，相应的σP＝30KN，求在可靠度R＝0.99时拉杆的直径d，设拉杆直径的平均直径为μｄ，根据其公差情况取直径的标准差σd＝0.005μｄ。卫逗递税葵殆馅蠢蓉诛促每苯盼稍菌刽奠裂蔡款校涉妓烈竖简桶佯革闯硼第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法4、代入联结方程，得到可靠性系数Z：5、查表可得该零件的失分析：这个问题是从规定的目标可靠度出发，计算零件的尺寸，通过这样的计算，就可以达到“把可靠度设计到零件中去”的可靠性设计的目的。其实质是可靠度计算的逆运算。仍然运用联结方程来进行计算。解：1、该零件的强度均值，标准差已知，μF＝200MPa，σF＝15MPa。2、计算μS：前迢媒营盼良咸思拽搏尤擅蝶仲坏匠畸廖鼻撰芍李浪久而窑等直睦我交锌第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法分析：这个问题是从规定的目标可靠度出发，计算零件的尺寸，通过3、计算面积标准差σA：4、计算应力标准差σS：5、当R＝0.99时，Q＝0.01，查表可得可靠性系数Z＝-2.33。根据联结方程，有如下关系：即d>55.12mm时，能保证拉杆有99％的可靠度。蹈钻背褐躇戮邦蔗琴撩窘搀赘肘伤蚊唯税掠禁驶詹诌夺卡甄焉诸番谚拐暂第六章机械可靠性设计方法第六章机械可靠性设计方法3、计算面积标准差σA：4、计算应力标准差σS：5、当R6、通过计算，各参数分别为：μS＝125.74MPa，μF＝200MPa；σS＝12.65MPa，σF＝15MPa。